2012, Vol. 28
2. 中国石油新疆油田公司勘探开发研究院, 克拉玛依 834000
2. Institute of Exploration and Development of Xinjiang Oil Field Company, Karamay 834000, China
克拉美丽造山带是古亚洲洋造山带中的一个重要造山带。一般认为克拉美丽-莫钦乌拉造山带是在古生代由哈萨克斯坦-准噶尔和西伯利亚板块之间的古亚洲洋的消减闭合, 准噶尔-吐哈地体和西伯利亚板块的俯冲-增生-碰撞所形成的(Coleman, 1989；Windley et al., 1990；Allen et al., 1993；Sengör et al., 1993；Xiao et al., 2004, 2008)。准噶尔盆地北部的陆梁隆起是一个大型的断裂隆起带, 呈北西向展布, 东部与克拉美丽山相接, 可能构成了盆内一条隐伏的地壳拼接带(况军, 1993；翟光明等, 2002；何登发等, 2005), 前人对陆梁隆起石炭系火山岩做了大量的工作, 认为晚石炭世陆梁隆起东部地区进入了后碰撞或板内环境(王方正等, 2002；赵霞等, 2008；吴小奇等, 2009；李涤等, 2012), 而陆西地区仍处于岛弧环境(张顺存等, 2008)。
石炭纪是准噶尔-吐哈地块由地块裂离、拼合到克拉通内坳陷盆地演化的过渡时期, 在早、晚石炭世分别经历了由伸展到聚敛的发展旋回, 早石炭世以海相沉积为主, 晚石炭世发育海陆交互相与火山岩建造(何登发等, 2010)。克拉美丽-陆梁隆起构造-岩浆带中蕴藏了丰富的矿产资源, 其中包括盆地腹部五彩湾气田、石西油田、克拉美丽气田等石炭系火山岩油气田以及锡等大型金属成矿带(杨辉等, 2009；汤好书等, 2006；唐红峰等, 2009)。石炭系火山岩是盆地腹部陆梁隆起地区火山岩油气藏的主要储层, 这使其成为准噶尔盆地油气勘探过程的重要研究对象。因此, 石炭系火山岩的研究对准噶尔盆地的储层分布预测和油气田开发方案的制定具有重大的现实意义。另外, 通过对陆梁隆起火山岩的研究, 也对深入了解该区构造背景和地球动力学机制具有重要的科学价值。
近年来, 石炭纪复杂的地质背景以及尚未统一的地层年代学格架对油气藏勘探目标的确立造成了不小的影响, 目前关于准噶尔盆地石炭系地层的划分方案很多, 分歧较大, 主要原因是石炭系具有复杂的构造沉积背景, 多形成于地体增生的沟-弧-盆构造环境, 从而造成地层在纵向上变化剧烈, 古生物化石分布不均匀(吴晓智等, 2008)。以往的火山岩地层对比划分和年代学的研究主要借助于地震剖面对比、沉积序列划分、重磁异常等手段, 很少利用高精度测年法对火山岩进行锆石U-Pb定年的研究。本文通过对滴南凸起滴西14井石炭系巴山组火山岩年代学、岩石地球化学的分析研究得出, 样品的锆石SHRIMP U-Pb年龄为337.2±4.1Ma, 即巴塔玛依内山组下火山岩段火山岩形成于早石炭世。本文将着重报道这一年代学成果, 并初步讨论其成因和形成的构造背景。此外, 准噶尔盆地的基底性质也是一个长期争论不休的焦点问题, 基底究竟是陆壳(李锦轶等, 1990, 2000；梁云海等, 2004；张季生等, 2004)、洋壳(Coleman, 1989；肖序常等, 1992)还是岛弧拼接地体(郑建平等, 2000；龙晓平等, 2006；袁超等, 2006)至今尚无定论, 从众多的分歧中不难看出准噶尔盆地形成与演化的多期性和复杂性, 那么, 对于滴南凸起下石炭统火山岩构造环境的研究能为揭示盆地基底性质提供直接的信息。
1 地质背景研究区位于准噶尔盆地北部陆梁隆起南缘(图 1), 大致呈东西向展布, 东部与克拉美丽山相连, 北部与滴水泉凹陷和滴北凸起接壤, 南邻东道海子凹陷和五彩湾凹陷。
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图 1 准噶尔盆地滴南凸起(a)和滴西14井(b)地理位置图 Fig. 1 Location of the Di'nan uplift (a) and Well Dixi-14 (b) in Junngar Basin |
准噶尔盆地的构造演化主要经历了海西、印支、燕山以及喜马拉雅四期构造运动, 各期运动的叠加促使研究区内构造特征较为复杂。盆地南缘的滴南凸起上具有一系列纵、横向叠置的火山岩体, 主要沿滴水泉北断裂和滴水泉断裂呈串珠状分布。从钻井资料以及克拉美丽山南缘的地层出露情况来看(况军, 1993), 滴南凸起地区发育最古老的地层为泥盆系, 向上依次发育石炭系塔木岗组(C1t)、滴水泉组(C1d)、巴塔玛依内山组(C2b)(以下简称巴山组)以及石钱滩组(C2sh)。研究区石炭系火山岩机构多表现为沿断裂的裂隙式点喷发, 火山口常位于东西向与北东向基底断裂交汇处；常经历多次喷发, 形成多期次火山岩序列, 但是, 目前仅对巴山组上火山岩段的研究较多(王方正等, 2002；赵霞等, 2008；吴小奇等, 2009；苏玉平等, 2010；李涤等, 2012)。巴山组在准噶尔盆地发育较广, 钻遇的井很多, 地层厚度较大, 主要为一套火山碎屑岩、火山熔岩、沉凝灰岩和少量沉积岩, 整体表现为火山岩-沉积岩-火山岩组合, 上下两套火山岩岩性差别较大：上火山岩段主要以玄武岩为主, 其形成时代为300Ma左右, εHf(t)介于17.1和4.2之间, 显示该玄武岩是来源于软流圈地幔或亏损岩石圈的后碰撞岩浆产物(苏玉平等, 2010)；下火山岩段以中酸性岩类为主, 目前未见相关报道。
2 岩性分布与岩石特征滴南凸起发育的火山岩具有区域性分布特征, 在滴南凸起的西部主要发育基性火山岩, 中部则以流纹岩、安山岩为主；东部表现为以远火山口相的凝灰岩、沉凝灰岩为主(王东良等, 2008)。滴西14井位于滴南凸起的中东部地区, 从钻井资料来看(图 2), 研究区内滴西14井巴山组上火山岩段和大部分沉积岩段缺失, 仅见下火山岩段以及一小部分沉积岩, 本次研究样品取自滴西14井石炭系巴山组下火山岩段凝灰岩, 钻井剖面显示：先后主要分四期火山活动, 由于取心有限, 研究样品就取自后三期火山活动的凝灰岩。第一期火山喷发的凝灰岩(图 2c)含有火山角砾较多, 粒径为4~6mm。具有凝灰结构, 玻屑凝灰岩部分玻屑具浊沸石化, 正交偏光下观察, 岩屑中可见有浅褐色长石、石英, 部分长石颗粒被绿泥石化。在火山灰中偶见有它形方解石颗粒充填。第二期火山喷发的凝灰岩(图 2b)火山灰含量仍然较高, 达到70%以上, 岩屑主要以安山质为主, 部分可见磁铁矿。晶屑成分主要为长石, 可见少量云母。岩石绿泥石化现象明显, 次生孔隙和裂缝较为发育。第三期火山喷发的凝灰岩(图 2a)样品具有凝灰结构, 岩屑含量明显增多, 玻屑成分也较前两期火山岩样品含量高, 晶屑主要由中酸性组分组成, 胶结物为火山灰-火山玻璃, 结构致密, 出现较大的次生裂缝, 这可能与后期拉张作用有关。
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图 2 准噶尔盆地滴南凸起滴西14井综合柱状图 Fig. 2 Comprehensive stratigraphic column of Well Dixi-14 from the Di'nan uplift in Junggar Basin |
滴南凸起石炭系凝灰岩样品主体为褐色-红褐色块状, 镜下薄片观察火山岩样品主要由晶屑、玻屑以及火山灰组成。岩石中的火山灰含量大于80%, 晶屑为10%~15%, 岩屑占5%~10%, 岩屑主要由安山岩、流纹岩组成, 晶屑主要为长石, 火山灰脱玻化较明显。从三期火山活动来看, 火山喷发连续性强, 样品中岩屑颗粒逐渐减小, 岩石次生孔隙和裂缝发育渐强, 火山灰含量高, 甚至出现火山玻璃胶结的现象, 同时, 火山灰也表现出脱玻不均匀的水云母化和浊沸石化, 从岩石组分和区域构造背景来看, 研究区火山岩普遍发育次生矿物以及溶蚀现象, 这可能是海水的淋滤作用造成的。
3 测试方法样品在分析前进行显微镜下矿物组成与结构观察, 挑选未蚀变、风化的样品作进一步分析。适合分析的全岩样品手工粗碎至1~2cm, 挑选出大约100g, 用无污染刚玉碎样机粉碎至200目。每个样品缩分出两份准备进行岩石主微量组成分析。岩石的主量、微量和稀土元素分析是在中国地质大学(北京)测试中心测试完成的。主量元素测试是在美国Leeman公司生产的PS-950型等离子发射光谱仪上进行。微量元素测定在美国安捷伦公司生产的Agilent7500a型离子质谱仪上进行, REE与其他微量元素分析样品由带钢套的聚四氟乙烯封溶样罐溶解样品。分析过程中使用美国地质调查局标样AGV2和中国地质大学测试中心岩石标样R1和R2进行分析质量监控。分析数据误差：Ni、Co、Cr、Sc介于10%~15%, 其他元素小于10%。
锆石的SHRIMP U-Pb年龄是在中国地质科学院北京离子探针中心远程实验室SHRIMP-II型离子探针仪器内测定的。将样品清洗干净后, 烘干、粉碎, 先按常规方法分选锆石, 最后在双目镜下人工挑纯。将样品锆石和RSES标样锆石(TEM, 417Ma)一起在玻璃板上用环氧树脂固定, 抛光到暴露出锆石的中心面, 用反光和透光照相, 然后镀金, 用阴极发光(CL)照相, 根据锆石成因类型, 确定测点的位置, 避开裂纹和包裹体, 然后用高灵敏度二次离子探针对所选的点进行分析。详细的实验流程和原理参考Williams and Claesson (1987)和宋彪等(2002)。数据处理过程中应用实测204Pb校正锆石中的普通铅。单个数据点的误差均为1σ, 采用年龄为206Pb/238U年龄, 其加权平均值为95%的置信度。
4 火山岩锆石SHRIMP U-Pb年龄滴南凸起石炭系火山岩样品的锆石形态以短柱状为主, 长度变化于80~150μm之间, 多集中在100~120μm, 长宽比多数介于1︰1~3︰1之间。阴极发光图像(图 3)显示锆石具有较典型的岩浆振荡环带, 部分锆石内部含有少量暗色包裹体。通过透射光、反射光以及阴极发光对比研究, 选择了13颗锆石进行了13次SHRIMP U-Pb分析, 锆石SHRIMP U-Pb分析结果列于表 1。
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图 3 准噶尔盆地滴南凸起火山岩锆石的CL图像 Fig. 3 Cathodoluminescence images of zircon from the volcanic rocks in the Di'nan uplift |
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表 1 滴南凸起石炭系火山岩锆石SHRIMP U-Pb年龄分析结果 Table 1 SHRIMP U-Pb data of zircon from the Carboniferous volcanic rocks in the Di'nan uplift |
锆石的U含量介于86×10-6~417×10-6之间, Th含量为72×10-6~326×10-6, Th/U比值为0.44~2.00, 均大于0.1, 表明锆石为岩浆成因。图 4中显示, 13个测点中仅有一个点年龄偏高, 206Pb/238U年龄为2477Ma, 可能是由古老岩浆锆石混入造成的。其余12个点基本给出一致的206Pb/238U年龄：307~337Ma。在锆石SHRIMP U-Pb年龄谐和图上成群分布, 几乎全部集中在一点上, 此外, 还有4个点(1.1、4.1、5.1、8.1)偏离谐和线, 年龄偏低, 可能与铅的丢失有关, 为提高凝灰岩年龄结果的精确度, 将这4个测点数据予以去除。剩余的8颗锆石的206Pb/238U加权平均年龄为337.2±4.1Ma (MSDW=0.27), 表明该火山岩形成于早石炭世。
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图 4 滴南凸起石炭系火山岩锆石SHRIMP U-Pb年龄谐和图 Fig. 4 Zircon SHRIMP U-Pb concordia diagrams of volcanic rocks in the Di'nan uplift |
岩石主微量元素分析结果(表 2)显示, 滴南凸起石炭系火山岩具有较高的硅含量(SiO2=63.47%~77.36%), 低钛(TiO2=0.19%~1.01%)、钠(Na2O=0.98%~4.01%)、镁(MgO=0.13%~1.03%)的特点, K2O/ Na2O比值介于0.56~2.09之间, 在SiO2-K2O图解(图 5b)上, 四个样品落在钙碱性系列岩石区域, 一个样品分布在高钾钙碱性系列和橄榄玄粗岩系列范围内。
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表 2 滴南凸起石炭系火山岩全岩主量元素(wt%)、微量(×10-6)元素分析结果 Table 2 Major elements (wt%) and trace elements (×10-6) analyses of Carboniferous volcanic rocks in the Di'nan uplift |
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图 5 滴南凸起石炭系火山岩A/CNK-A/NK图解(a)和SiO2-K2O图解(b) Fig. 5 A/CNK-A/NK (a) and SiO2-K2O (b) diagrams of volcanic rocks in the Di'nan uplift |
样品中Al2O3含量偏高, 介于10.06%~17.91%之间。铝过饱和指数A/CNK (1.02~1.35)均大于1, A/NK为1.49~1.33, 整体显示为过铝质酸性火山岩的特征(图 5a)。随着SiO2含量的增加(图 6), TiO2、Al2O3、Fe2O3T、MgO和P2O5等呈现较明显的负相关关系, 但K2O、Na2O及K2O+Na2O正相关关系不太明显, 甚至随着SiO2的增加, Na2O出现了负相关。K、Na作为活动性较强的元素, 可能受到了后期蚀变的影响。然而, 多数氧化物与SiO2具有良好的线性关系, 表明滴西14井石炭系凝灰岩具有同源的特征, 可能为同一构造环境下的产物。
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图 6 滴南凸起石炭系火山岩Harker图解 Fig. 6 Harker diagrams of volcanic rocks in the Di'nan uplift |
样品稀土元素总量较高, 变化于81.42×10-6~217.8×10-6之间(表 2), 其稀土元素分布模式均为富轻稀土的右倾曲线, 具有明显的负铕异常(δEu=0.54~0.78)(图 7a), 在大离子亲石元素中K、La、Ce和Nd具有较高的丰度(表 2和图 7b), 元素Ba的弱亏损以及Sr的强亏损都归因于岩浆分离结晶过程中斜长石分离结晶作用。本区凝灰岩的(La/Yb)N变化范围为3.22~10.56；重稀土分馏不明显, (Gd/Yb)N比值介于1.10~1.61之间, 铈(δCe=0.97~1.04)未显示异常, 稀土元素分布曲线的相似性表明它们是同源岩浆结晶的产物。另外, 样品高场强元素的的丰度偏低(Nb=4.52×10-6~18.26×10-6；Ta=0.34×10-6~1.32×10-6；Zr=89.54×10-6~434.6×10-6), La/Nb和Ba/La微量元素比值分别介于1.71~3.74、16.42~47.68之间, 与阿尔泰地区晚古生代熔结凝灰岩的特征非常相似(单强等, 2007), 表现出壳源特征。原始地幔标准化的蛛网图(图 7b)显示, 大离子亲石元素Rb、Th、Ba等相对富集, 高场强元素Nb、Ta, 尤其是Sr、P、Ti负异常明显。
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图 7 滴南凸起石炭系火山岩稀土元素配分型式(a, 球粒陨石标准化值据Taylor and Mclennan, 1985)和微量元素蛛网图(b, 原始地幔标准化值据Sun and McDonough, 1989) Fig. 7 Chondrite-normalized REE distribution patterns (a, normalization values after Taylor and Mclennan, 1985) and primitive mantle-normalized trace element spider diagram (b, normalization values after Sun and McDonough, 1989) of Carboniferous volcanic rocks in the Di'nan uplift |
样品具有较高的烧失量(LOI, 2.62%~7.77%), 表明样品可能受到了低温的影响, 同时造成了K、Na、Rb等活动元素的不同程度富集(Pearce and Cann, 1973)。因此, 我们利用相对稳定的非活动元素(如高场强元素)来分析该区样品的源区特征及构造环境。
滴南凸起石炭系晶屑、玻屑凝灰岩具有较高的SiO2含量(64%~77%), 全碱含量(K2O+Na2O=3.01%~8.18%)和Fe2O3T/MgO (1.96~8.26)比值, 相对低的Mg#(21~53), 表明它们具有壳源特征。利用高场强元素Th/Yb-Ta/Yb比值判别图解判断岩浆岩的成因是一种比较有效的方法(图 8a), 在图解中所有数据点均落在俯冲带-地壳附近, 并且具有分离结晶的演化趋势。在另一个高场强元素Th/Y-Nb/Y图解中也反映了它们起源于地壳(图 8b)。实验研究表明, 磷灰石在准铝-过铝质岩浆中溶解度低, 在岩浆分异过程中随SiO2的增加而降低, 而在强过铝质岩浆中则相反(Wolf and London, 1994)。因此, 磷灰石成为了区分I型和S型花岗岩的有效“工具”。本文数据显示, 滴西14井凝灰岩具有低的10000Ga/Al (0.32~1.13), Zr (大部分小于230×10-6)含量, 为弱过铝质岩石(大多数A/CNK＜1.1), P2O5含量很低(小于0.12%), 并随SiO2含量增加, P2O5含量降低(图 6), 与I型花岗岩演化趋势相似。通常来说, I型花岗岩形成于地幔岩浆的分离结晶或是地幔或下地壳的部分熔融(Faure, 1986；Whalen et al., 1987)。那么, 样品的负铕异常排除了地幔岩浆分异的影响, 另外, 该凝灰岩样品采自盆地腹部地下3000多米处, 受到气体搬运作用的可能性很小, 表明负铕异常可能未受到气体搬运作用的影响(罗照华等, 2007, 2009)。
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图 8 滴西14井石炭系凝灰岩的物质来源判别图 (a)-Th/Yb-Ta/Yb图解(据John et al., 1999)；(b)-Th/Y-Nb/Y图解(据Durmus et al., 2007) Fig. 8 Diagrams for discriminating provenances of Carboniferous tuffs from Well Dixi-14 (a)-diagram of Th/Yb-Ta/Yb (after John et al., 1999); (b)-diagram of Th/Y-Nb/Y (after Durmus et al., 2007) |
克拉美丽地区与蛇绿岩伴生的斜长花岗岩中锆石SHRIMP U-Pb年龄为373Ma (唐红峰等, 2007), 表明克拉美丽洋在泥盆纪已存在。石炭纪准噶尔盆地陆东地区出现了大规模强烈的火山喷发作用, 并向东一直延伸到克拉美丽地区, 目前钻遇的火山岩地层的总厚度超过1km。其中巴山组下火山岩段中酸性高硅凝灰岩厚度超过了500m, 在陆东地区形成了一个大范围的火山岩席。这种强烈的火山活动暗示该区在石炭纪处于构造运动活跃的地带。目前的研究资料表明, 高硅凝灰岩经常出现在汇聚的大陆边缘或是弧后盆地环境(De Silva et al., 1989；Gans et al., 1989；Davidson et al., 1989；Siebel et al., 2001；Lebti et al., 2006)。一般来说岛弧火山的TiO2含量介于0.5%~0.83%之间(Pearce, 1982), 本区凝灰岩样品TiO2含量变化较大(0.20%~1.05%), 且以0.2%~0.82%为主, 均值(0.45%)处于岛弧火山岩TiO2的范畴, 同时低Ti是消减带岩浆中常见的地化特征。另外, 凝灰岩样品还具有低P的特点, 这可能是岛弧岩浆形成过程中高的氧逸度造成的(Thirlwall et al., 1994)。原始地幔标准化的微量元素蛛网图显示：大离子亲石元素相对富集, 高场强元素相对亏损, 明显的Ti-Nb-Ta亏损, 表明火山岩的形成可能与岛弧有关或者岩浆源区物质中含有岩浆弧成分。在Nb-Y和Rb-(Y+Nb)酸性岩构造判别图解(图 9)中投影点均落在岛弧火山岩区内, 表明其形成于与俯冲作用有关的活动大陆边缘环境。这种认识与Th/Yb-Ta/Yb和Th/Yb-Nb/Yb图解(图 10)所表现出的大陆弧成因相一致, 滴南凸起石炭系凝灰岩与安山岩互层, 而安山岩形成的主导作用是部分熔融, 这也与凝灰岩形成于地壳熔融作用相符。
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图 9 滴南凸起石炭系火山岩微量元素构造判别图解(据Pearce et al., 1984) (a)-火山岩Nb-Y构造判别图解: WPG-板内花岗岩；Syn-colg-同碰撞花岗岩；VAG-火山弧花岗岩；ORG-洋脊花岗岩；(b)-火山岩Rb-(Y+Nb)构造判别图解:WPG-板内花岗岩；Syn-colg-同碰撞花岗岩；VAG-火山弧花岗岩；ORG-洋脊花岗岩 Fig. 9 Tectonic setting discrimination diagram with trace elemental plots of Carboniferous volcanic rocks in the Di'nan uplift (after Pearce et al., 1984) (a)-tectonic discrimination diagram of Nb-Y: WPG-within-plate granite; Syn-colg-syn-collisional granite; VAG-volcanic arc granite; ORG-mid-oceanic ride granite; (b)-tectonic discrimination diagram of Rb-(Y+Nb): WPG-within-plate granite; Syn-colg-syn-collisional granite; VAG-volcanic arc granite; ORG-mid-oceanic ride granite |
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图 10 Th/Yb-Ta/Yb (a, 据Pearce, 1983)和Th/Yb-Nb/Yb (b, 据Pearce and Peate, 1995)构造环境判别图解 图a中箭头所代表的意义为：S-俯冲作用的影响；W-板内富集作用；C-地壳混染；F-结晶分异作用 Fig. 10 Th/Yb-Ta/Yb (a, after Pearce, 1983) and Th/Yb-Nb/Yb (b, after Pearce and Peate, 1995) tectonic discrimination diagrams Vectors shown indicate the influence of subduction components (S), within-plate enrichment (W), crustal contamination (C) and fractionation crystallization (F) |
从滴西14井的岩性综合柱状图来看, 浅部的火山岩具有高硅的特征, 已有的研究表明：高硅质岩浆的成因有大陆地壳的深熔作用和镁铁质-安山岩熔体分离结晶作用两种方式(单强等, 2007)。深部的火山岩为偏中性凝灰岩以及安山岩互层, 凝灰岩具有钙碱性岛弧火山岩的特征。由区域地质资料看来大陆地壳的深部熔融作用是更为合理的解释, 早石炭世克拉美丽洋向南俯冲, 消减板块中的流体以及洋壳中沉积物脱水产生的流体导致其上部的地幔楔二辉橄榄岩发生部分熔融, 形成岛弧钙碱性玄武岩浆, 它们上升进入上地壳, 然后沿构造裂隙喷发到地表形成了深部的钙碱性岛弧火山岩；随着克拉美丽洋壳持续的消减俯冲作用, 导致上覆大陆地壳缩短并增厚。此时地幔楔二辉橄榄岩部分熔融形成的玄武岩浆不断上升进入地壳, 形成大的岩浆房滞留在地壳中。由于玄武岩浆房的不断增大致使其周围地壳地温梯度增大, 玄武岩浆房顶部的地壳物质发生部分熔融, 形成相对富硅的火山岩岩浆, 喷发冷却后产生浅部的滴南凸起石炭系火山岩。
6.2 地质意义陆梁隆起是准噶尔盆地北部的一个大型的断裂隆升带, 滴南凸起位于陆梁隆起近东西向断裂带的南缘, 断裂带呈北西向展布, 东部与克拉美丽蛇绿岩带相接, 向西延伸至达尔布特蛇绿岩带, 整个克拉美丽-三个泉-达尔布特东西向带可能构成了一条隐伏的地壳拼接带(况军, 1993；翟光明等, 2002；何登发等, 2005)。那么克拉美丽蛇绿岩与西准噶尔达尔布特蛇绿岩带一起代表了准噶尔古大洋洋盆, 从该断裂带两侧地区的地质组成和构造变形特征来看, 该带是弧后盆地关闭的遗迹(李锦轶等, 2009), 这与达尔布特蛇绿岩带代表的洋盆性质相同(Yang et al., 2012)。克拉美丽蛇绿岩带中含有早石炭世的放射虫化石(李锦轶等, 1990；舒良树和王玉净, 2003), 此外, 石炭纪晚期的花岗质岩基切穿了蛇绿岩带, 由此可推断克拉美丽洋盆应该在早石炭世末期关闭(李锦轶, 1995)。然而, 达尔布特地区石炭纪构造属性仍不明确。一部分学者认为该区在早石炭世(~340Ma)就已经进入了后碰撞演化阶段(Han et al., 1997；韩宝福等, 2006；Chen and Jahn, 2004), 并在305~296Ma期间产生了大面积的A型花岗岩。本次测得的滴南凸起石炭系火山岩的年龄为337.2Ma, 表明早石炭世克拉美丽洋仍处于消减阶段。另一部分学者认为该区在晚石炭世仍处于与俯冲有关的构造背景下(Zhang et al., 2006；Xiao et al., 2009), 甚至出现大量与洋脊俯冲有关的高镁安山岩、埃达克岩等(张连昌等，2006；唐功建等, 2009), 并且洋壳俯冲可能一直延续至二叠纪(Yin et al., 2010)。
本文发现的与俯冲消减有关的滴南凸起石炭系火山岩, 其锆石SHRIMP U-Pb年龄分析结果表明, 结晶年龄为337.2±4.1Ma, 时代属于早石炭世维宪期, 表明在准噶尔盆地滴南凸起地区存在早石炭世中酸性岩浆侵入活动。结合前人对克拉美丽缝合带研究(喻亨祥等, 1998；顾连兴等, 2001；Xiao et al., 2004, 2008；苏玉平等, 2006；杨高学等, 2010), 对准噶尔盆地陆东地区石炭纪构造格局认识大致如下：泥盆纪-早石炭世期间, 克拉美丽有限洋盆发生双向俯冲, 形成滴南凸起地区陆缘火山弧。洋盆于早石炭世晚期最终关闭, 晚石炭世进入碰撞造山作用阶段(赵霞等, 2008；吴小奇等, 2009；李涤等, 2012)。值得注意的是, 克拉美丽经过盆内陆梁隆起一直到达尔布特, 整个缝合带在闭合时间上显示出明显的“东早西晚”的特征, 从而造成了对野外露头和盆地腹部巴塔玛依内山组形成时代的不同认识(苏玉平等2010)；在石炭纪构造属性上, 克拉美丽陆东地区在晚石炭世就已经进入了后碰撞环境；而陆西地区以及达尔布特地区可能仍处于与俯冲消减有关的环境(张顺存等, 2008)。因此, 克拉美丽-三个泉(陆梁隆起)-达尔布特代表的洋盆从早石炭世末期开始, 自东向西呈“剪刀式”闭合模式, 从而造成了东准和西准石炭系地层的穿时现象。盆地内陆东地区在早石炭世仍处于洋壳消减环境, 并随克拉美丽地区洋盆的关闭而开始闭合, 直至石炭纪末期甚至二叠纪期间连同东准噶尔众多岛弧地体, 完成了与西伯利亚的拼贴(龙晓平等, 2006)。
目前, 准噶尔盆地是否存在前寒武纪基底成为学者们热议的问题, 近年来东、西准噶尔石炭系火山岩的同位素研究表明：它们的Hf-Nd同位素模式年龄介于300~1200Ma, 与火山岩的结晶年龄相似, 并且所有的εHf(t)和εNd(t)均为正值, 推断准噶尔盆地基底是新生地壳(Su et al., 2011a, b; Xiao et al., 2011；Long et al., 2012), 这一结论也在盆地腹部莫索湾隆起地区深部石炭系火山岩的同位素地球化学研究中得到证实(另外发表), 一致反映石炭系火山岩可能形成于洋内弧有关的环境(Xiao et al., 2011；Long et al., 2012)。另外, Yang et al.(2011)根据准噶尔盆地腹部碎屑岩构造特征、分布规律以及地球化学特征建立了盆地石炭纪洋壳俯冲模型。郑建平等(2000)根据基底火山岩Sr-Nd同位素组成的研究, 认为准噶尔盆地基底由分属哈萨克斯坦板块、塔里木板块和西伯利亚板块外围岛弧体系拼合而成。本文将巴山组下火山岩段厘定为早石炭世岛弧岩浆产物, 并且未见大量老的继承性锆石, 从而表明准噶尔盆地可能不存在前寒武系基底。从滴南凸起早石炭世火山岩的成因以及盆地周围地区的构造背景来看, 早石炭世准噶尔盆地可能存在多岛格局, 岛弧最终的相互拼贴可能构成了准噶尔盆地基底的主体。
7 结论准噶尔盆地滴南凸起石炭系火山岩样品以其具有较高的硅含量, 低钛、钠、Mg#, K2O/Na2O比值为0.56~2.09, A/CNK大于1, La/Nb比值整体大于1.0的特征, 揭示了研究区火山岩为陆壳部分熔融成因。样品随SiO2含量的增加, TiO2、Al2O3、Fe2O3T、MgO和P2O5等呈现较明显的负相关关系；稀土元素总量偏高, 明显的负铕异常, (La/Yb)N变化范围为3.22~10.56；重稀土分馏不明显, (Gd/Yb)N比值介于1.10~1.61之间, 铈未显示异常；原始地幔标准化的蛛网图显示：大离子亲石元素Rb、Th、Ba等相对富集, 高场强元素Nb、Ta, 尤其是Sr、P、Ti负异常明显。且结合火山岩构造环境判别图解指示滴南凸起石炭系火山岩来源于活动陆缘弧的大地构造环境, 进一步表明岩浆与下地壳熔融有直接成因关系。石炭系巴山组下火山岩段浅部岩石以高硅火山岩为特征, 深部安山岩与偏中性凝灰岩互层, 表现出多期火山连续喷发。滴西14井岩性综合柱状图显示, 巴山组下火山岩段深部和浅部火山岩具有相似的地球化学特征, 浅部火山岩硅含量相对低于深部。火山岩锆石SHRIMP U-Pb测年得出火山岩年龄为337.2Ma, 并且未见大量老的继承性锆石, 从而表明准噶尔盆地可能不存在前寒武系基底。盆地内陆东地区在早石炭世仍处于洋壳消减环境, 在区域上存在多岛格局, 克拉美丽-三个泉(陆梁隆起)-达尔布特代表的洋盆从早石炭世末期开始, 自东向西呈“剪刀式”闭合模式。从滴南凸起早石炭世火山岩的成因以及盆地周围地区的构造背景来看, 岛弧最终的相互拼贴可能构成了准噶尔盆地基底的主体。
致谢 中国地质科学院北京离子探针中心在锆石SHRIMP U-Pb定年过程中提供帮助；中国地质大学(北京)实验中心在全岩地球化学分析中提供帮助；中国石油新疆油田公司提供测井剖面和岩心样品；罗照华教授、赵海玲教授、李曰俊副研究员以及匿名审稿人对初稿提出了宝贵的修改意见和建议；在此表示衷心感谢!| [] | Allen MB, Windley BF, Zhang C. 1993. Palaeozoic collisional tectonics and magmatism of the Chinese Tien Shan, central Asia. Tectonophysics, 220(1-4): 89–115. DOI:10.1016/0040-1951(93)90225-9 |
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